OpenGL ES EGL介绍

前面已经在android平台上使用OpenGL ES的API了解了如何创建3D图形已经使用FBO渲染到纹理进行一些其他的操作，起初我学习OpenGL ES的目的就是为了研究Android平台上录制屏幕的方案。到目前为止，基础知识已经具备了，还差一点需要了解的是Embedded Graphics Library (EGL)，EGL是连接OpenGL ES和本地窗口系统的接口，由于OpenGL ES是跨平台的，引入EGL就是为了屏蔽不同平台上的区别。本地窗口相关的API提供了访问本地窗口系统的接口，EGL提供了创建渲染表面，接下来OpenGL ES就可以在这个渲染表面上绘制，同时提供了图形上下文，用来进行状态管理。更详细的信息可以参考Khronos EGL Registry
OpenGL和EGL.pngOpenGL和EGL.png
下面这几篇文章有助于对EGL的理解

Using EGL to connect a native window and OpenGL ES
EGL use for Android native OpenGL ES applications
USING OPENGL ES ON WINDOWS DESKTOPS VIA EG

使用EGL一般为下面的顺序
1.使用EGL首先必须创建，建立本地窗口系统和OpenGL ES的连接。

EGLDisplay eglDisplay(EGLNativeDisplayType displayId)

EGL提供了平台无关类型EGLDisplay表示窗口。定义EGLNativeDisplayType是为了匹配原生窗口系统的显示类型，对于Windows，EGLNativeDisplayType被定义为HDC，对于Linux系统，被定义为Display*类型，对于Android系统，定义为ANativeWindow *类型，为了方便的将代码转移到不同的操作系统上，应该传入EGL_DEFAULT_DISPLAY，返回与默认原生窗口的连接。如果连接不可用，则返回EGL_NO_DISPLAY。

2.初始化EGL

创建与本地原生窗口的连接后需要初始化EGL，使用函数eglInitialize进行初始化操作。如果 EGL 不能初始化，它将返回EGL_FALSE，并将EGL错误码设置为EGL_BAD_DISPLAY表示制定了不合法的EGLDisplay，或者EGL_NOT_INITIALIZED表示EGL不能初始化。使用函数eglGetError用来获取最近一次调用EGL函数出错的错误代码

EGLBoolean eglInitialize(EGLDisplay display, // 创建的EGL连接
                         EGLint *majorVersion, // 返回EGL主板版本号
                         EGLint *minorVersion); // 返回EGL次版本号

初始化EGL示例

EGLint majorVersion;
EGLint minorVersion;
EGLDisplay display;
display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);
if(display == EGL_NO_DISPLAY)
{
    // Unable to open connection to local windowing system
}
if(!eglInitialize(display, &majorVersion, &minorVersion))
{
    // Unable to initialize EGL. Handle and recover
}

3.确定可用的渲染表面（Surface）的配置。一旦初始化了EGL，就可以确定可用渲染表面的类型和配置了。

一种方式是使用eglGetConfigs函数获取底层窗口系统支持的所有EGL表面配置，然后再使用eglGetConfigAttrib依次查询每个EGLConfig相关的信息，EGLConfig包含了渲染表面的所有信息，包括可用颜色、缓冲区等其他特性。

EGLBoolean eglGetConfigs(EGLDisplay display, EGLConfig *configs, EGLint maxReturnConfigs,EGLint *numConfigs);

EGLBoolean eglGetConfigAttrib(EGLDisplay display, EGLConfig config, EGLint attribute, EGLint *value)

另一种方式是指定我们需要的渲染表面配置，让EGL自己选择一个符合条件的EGLConfig配置。eglChooseChofig调用成功返回EGL_TRUE，失败时返回EGL_FALSE，如果attribList包含了未定义的EGL属性，或者属性值不合法，EGL代码被设置为EGL_BAD_ATTRIBUTR

EGLBoolean eglChooseChofig(EGLDispay display, // 创建的和本地窗口系统的连接
                           const EGLint *attribList, // 指定渲染表面的参数列表，可以为null
                           EGLConfig *config,   // 调用成功，返会符合条件的EGLConfig列表
                           EGLint maxReturnConfigs, //最多返回的符合条件的EGLConfig个数
                           ELGint *numConfigs );  // 实际返回的符合条件的EGLConfig个数

attribList参数在EGL函数中可以为null或者指向一组以EGL_NONE结尾的键对值

// we need this config
EGLint attribList[] ={
EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT,
EGL_RED_SIZE, 5,
EGL_GREEN_SIZE, 6,
EGL_BLUE_SIZE, 5,
EGL_DEPTH_SIZE, 1,
EGL_NONE
};
const EGLint MaxConfigs = 10;
EGLConfig configs[MaxConfigs]; // We'll only accept 10 configs
EGLint numConfigs;
if(!eglChooseConfig(dpy, attribList, configs, MaxConfigs,
&numConfigs))
{
// Something didn't work … handle error situation
}
else
{
// Everything's okay. Continue to create a rendering surface
}

4.创建渲染表面

有了符合条件的EGLConfig后，就可以通过eglCreateWindowSurface函数创建渲染表面。使用这个函数的前提是要使用原生窗口系统提供的API创建一个窗口。eglCreateWindowSurface中attribList一般可以使用null即可。函数调用失败会返回EGL_NO_SURFACE，并设置对应的错误码。

EGLSurface eglCreateWindowSurface(EGLDisplay display,
                                  EGLConfig config, // 前面选好的可用EGLConfig
                                  EGLNatvieWindowType window, // 指定原生窗口
                                  const EGLint *attribList) // 指定窗口属性列表，可以为null，一般指定渲染所用的缓冲区使用但缓冲或者后台缓冲，默认为后者。

创建EGL渲染表面示例

EGLRenderSurface window;
EGLint attribList[] =
{
  EGL_RENDER_BUFFER, EGL_BACK_BUFFER,
  EGL_NONE
);
window = eglCreateWindowSurface(dpy, config, window, attribList);
if(window == EGL_NO_SURFACE)
{
switch(eglGetError())
{
  case EGL_BAD_MATCH:
    // Check window and EGLConfig attributes to determine
    // compatibility, or verify that the EGLConfig
    // supports rendering to a window,
  break;
  case EGL_BAD_CONFIG:
      // Verify that provided EGLConfig is valid
  break;
  case EGL_BAD_NATIVE_WINDOW:
      // Verify that provided EGLNativeWindow is valid
  break;
  case EGL_BAD_ALLOC:
      // Not enough resources available. Handle and recover
  break;
}
}

使用eglCreateWindowSurface函数创建在窗口上的渲染表面，此外还可以使用eglCreatePbufferSurface创建屏幕外渲染表面（Pixel Buffer 像素缓冲区）。使用Pbuffer一般用于生成纹理贴图，不过该功能已经被FrameBuffer替代了，使用帧缓冲对象的好处是所有的操作都由OpenGL ES来控制。使用Pbuffer的方法和前面创建窗口渲染表面一样，需要改动的地方是在选取EGLConfig时，增加EGL_SURFACE_TYPE参数使其值包含EGL_PBUFFER_BIT。而该参数默认值为EGL_WINDOW_BIT。

EGLSurface eglCreatePbufferSurface( EGLDisplay display,
                                   EGLConfig config,
                                   EGLint const * attrib_list // 指定像素缓冲区属性列表
                                  );

5.创建渲染上下文

使用eglCreateContext为当前的渲染API创建EGL渲染上下文，返回一个上下文，当前的渲染API是由函数eglBindAPI设置的。OpenGL ES是一个状态机，用一系列变量描述OpenGL ES当前的状态如何运行，我们通常使用如下途径去更改OpenGL状态：设置选项，操作缓冲。最后，我们使用当前OpenGL上下文来渲染。比如我想告诉OpenGL ES接下来要绘制三角形，可以通过一些上下文变量来改变OpenGL ES的状态，一旦改变了OpenGL ES的状态为绘制三角形，下一个命令就会画出三角形。通过这些状态设置函数就会改变上下文，接下来的操作总会根据当前上下文的状态来执行，除非再次重新改变状态。

// 设置当前的渲染API
EGLBoolean eglBindAPI(
  EGLenum api //可选 EGL_OPENGL_API, EGL_OPENGL_ES_API, or EGL_OPENVG_API
);

EGLContext eglCreateContext(EGLDisplay display, 
                            EGLConfig config, // 前面选好的可用EGLConfig
                            EGLContext shareContext, // 允许多个EGLContext共享特定类型的数据，传递EGL_NO_CONTEXT表示不与其他上下文共享资源
                            const EGLint* attribList // 指定操作的属性列表，只能接受一个属性EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION用来表示使用的OpenGL ES版本
                           );

创建上下文示例

const ELGint attribList[] = {
EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2,
    EGL_NONE
};
EGLContext context;
context = eglCreateContext(dpy, config, EGL_NO_CONTEXT, attribList);
if(context == EGL_NO_CONTEXT)
{
  EGLError error = eglGetError();
  if(error == EGL_BAD_CONFIG)
  {
    // Handle error and recover
  }
}

6.指定某个EGLContext为当前上下文。使用eglMakeCurrent函数进行当前上下文的绑定。一个程序可能创建多个EGLContext，所以需要关联特定的EGLContext和渲染表面，一般情况下两个EGLSurface参数设置成一样的。

EGLBoolean eglMakeCurrent(EGLDisplay display,
                          EGLSurface draw, // EGL绘图表面
                          EGLSurface read, // EGL读取表面
                          EGLContext context // 指定连接到该表面的渲染上下文
                         );

7.使用OpenGL相关的API进行绘制操作。
8.交换EGL的Surface的内部缓冲和EGL创建的和平台无关的窗口diaplay。EGL实际上维护了两个buffer，前台buffer显示的时候，绘制操作会在后台buffer上进行。

EGLBoolean eglSwapBuffers(EGLDisplay display, // 指定的EGL和本地窗口的连接
                          EGLSurface surface  // 指定要交换缓冲的EGL绘制表面
                         );

At the first time I learned this function, I was thinking that its purpose is swapping the display and the surface :)) very silly.
Actually, the only thing that you need to focus here is the surface. If the surface is a pixel buffer surface, then nothing to do, the function returns without any error.
If the surface is a double-buffer surface (you often use this), the function will swap the front-buffer and the back-buffer inside the surface. The back-buffer is used to store output of rendering, while front-buffer is used by the native window to show color on your monitors.

如果surface是一个window surface，那么该函数执行的结果将是将数据给本地窗口，即显示在屏幕上。如果surface是一个屏幕外渲染surface（pixel buffer），执行该函数没有效果。

可以看到想要使用OpenGL是比较麻烦的，而这些操作又是固定的，如果把大量的代码用在做这些重复的操作上，对于学习OpenGL来说是不必要的，因此就有了一些框架，封装好了创建EGL环境以及处理事件部分，只需要将重点放在OpenGL的学习上即可。比如C语言库GLFW，还有OpenGL ES3.0编程指南的作者封装的库https://github.com/danginsburg/opengles3-book/，esMain函数作为入口，其他的处消息循环，创建窗口等操作不需要我们去处理，只需要关注OpenGL代码的编写即可。在Android系统中提供的GLSurfaceView可以很方便的用来使用OpenGL ES进行编码，其实也是因为Android的GUI系统将创建EGL环境等部分封装好了。

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